提高邊坡表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性

方錕

摘要：針對華光潭一級廠房后邊坡位移測點在垂直位移（Z向）方向變化趨勢相反的問題，通過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)工作基點發(fā)生位移是癥結(jié)所在。通過建立變形控制網(wǎng)，徹底解決了因基點產(chǎn)生位移而無法準(zhǔn)確判斷滑坡體變形的問題，提高了觀測數(shù)據(jù)的可靠性，為邊坡變形分析提供了有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞：邊坡；工作基點；變形控制網(wǎng)

中圖分類號：TU43文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0092-05

Improving the Reliability of Slope Surface Displacement Monitoring Data

FANG Kun（Zhejiang Zheneng Huaguangtan Hydropower Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 311322）

Abstract： Aiming at the problem that the displacement measuring point of the back slope of Huaguangtan class I power house changes in the direction of vertical displacement （Z direction）， it is found that the displacement of the working base point is the crux through investigation and analysis. By establishing the deformation control network， the problem that the landslide deformation cannot be accurately judged due to the displacement of the base point is completely solved， the reliability of the observation data is improved， and an effective basis is provided for the analy？ sis of slope deformation.

Keywords： slope； working base point； deformation control network

1工程概況

華光潭水電站一級廠房位于巨溪凸岸，距一級大壩約10 km。廠房后為一北東向展布、三面臨空的狹長山脊，兩側(cè)沖溝深切，支溝發(fā)育。基巖由熔結(jié)凝灰?guī)r等組成，上覆坡崩層較為深厚。邊坡北西向中陡傾角斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育，緩傾坡外短小裂隙斷續(xù)分布[1]。邊坡一旦發(fā)生坍塌，可能造成廠房破壞，嚴(yán)重威脅電站的正常運行和下游人民的生命財產(chǎn)安全，因此必須對其進(jìn)行精密監(jiān)測，以掌握其變化情況。

一級廠房后邊坡滑坡體范圍：上下游向（順河流方向）寬度為120～150 m，高程為230～470 m。滑坡體表層以土質(zhì)邊坡為主，在后邊坡250～460 m高程范圍內(nèi)布設(shè)21個位移測點，在河床對面公路上安裝A、B兩個工作基點，使用TS60全站儀，并采用極坐標(biāo)法和光電測距儀（Electrooptical Distance Measurement，EDM）三角高程法進(jìn)行三維坐標(biāo)觀測。一級廠房后邊坡表面變形監(jiān)測布置如圖1所示。

2問題分析

《華光潭一級廠房后邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，監(jiān)測頻次為1次/月，每逢日降雨量超過50 mm或連續(xù)降雨后及時進(jìn)行加測；滑坡體變形較大時應(yīng)增加監(jiān)測次數(shù)。

問題反饋：整理分析2019年8月份一級廠房后邊坡表面位移變形監(jiān)測資料時發(fā)現(xiàn)，分別以A、B為工作基點進(jìn)行監(jiān)測的位移測點在垂直位移（Z向）方向上的變化趨勢相反，無法準(zhǔn)確判斷邊坡位移變形情況。為此，挑選相近高程的位移測點3#和5#、7#和8#、10#和11#繪制了2019年6月至2019年8月垂直位移（Z向）過程線，如圖2至圖4所示。

從2019年6月25日至2019年7月24日對一級廠房后邊坡的表面位移監(jiān)測結(jié)果可以看出，高程相近位移測點3#和5#、7#和8#、10#和11#的垂直位移（Z向）變化趨勢基本一致；但從2019年8月13日的測量結(jié)果可以看出，垂直位移（Z向）變化開始出現(xiàn)相反趨勢。以A為基點進(jìn)行監(jiān)測的位移測點5#、8#和11#普遍出現(xiàn)下沉趨勢，而以 B為基點的3#、7#和10#測點呈上升趨勢，無法準(zhǔn)確判斷邊坡變形情況。對于垂直位移（Z向），下沉為正，上升為負(fù)。

3問題調(diào)查

調(diào)查一：一級廠房后邊坡垂直位移監(jiān)測采用EDM三角高程法進(jìn)行觀測，三角高程計算原理如圖5所示。已知A點高程HA，要測定未知點B的高程HB，可設(shè)置全站儀在A點，通過儀器測得A點與B點之間的水平距離D和垂直角α，通過式（1）和式（2）求得未知點B點的高程。式中，i為儀器高，v為棱鏡高[2]。

通過計算式（1）和（2）可知，未知點B的高程HB與A、B兩點之間的平距D、垂直角α、儀器高i、棱鏡高v和已知點A的高程HA有關(guān)。全站儀的性能、測量時的氣溫、氣壓和大氣折光等因素都會影響水平距離和垂直角精度，統(tǒng)稱為觀測誤差。所以，造成垂直位移變化趨勢相反的原因可能是：①滑坡體存在時效位移；②觀測誤差大；③基點A或基點B存在位移。

調(diào)查二：在2019年8月11日、13日、27日對一級廠房后邊坡進(jìn)行了詳細(xì)巡視檢查，檢查并未發(fā)現(xiàn)以下情況——截排水溝出現(xiàn)裂縫、錯動；觀測設(shè)施遭受破壞；邊坡有局部坍塌、錯動、隆起和裂縫；植被破壞；原處理裂縫區(qū)域異常等[3]。

調(diào)查三：通過一級廠房后邊坡內(nèi)觀自動化監(jiān)測系統(tǒng)，對2019年7月1日至2019年8月31日測縫計和多點位移計監(jiān)測結(jié)果（見圖6和圖7）進(jìn)行分析。

由一級廠房后邊坡內(nèi)觀自動化監(jiān)測系統(tǒng)2019年7月1日至8月31日測縫計和多點位移計監(jiān)測結(jié)果可知，位移量最大變幅均在0.6 mm以內(nèi)，說明滑坡體本身不存在時效位移。

通過上述調(diào)查，觀測誤差大和基點A（B）產(chǎn)生位移是導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法正確反映邊坡變形情況的主要原因。

4原因分析

針對調(diào)查分析得到的觀測誤差大或基點A（B）產(chǎn)生位移這兩個關(guān)鍵問題，采用頭腦風(fēng)暴法，并利用關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行原因分析。經(jīng)分析，得到8個末端原因：①未定期進(jìn)行儀器自檢；②未打開自動補償功能；③溫差影響；④未按正倒鏡觀測法和雙次瞄準(zhǔn)讀數(shù)法觀測；⑤缺少技術(shù)培訓(xùn)；⑥大型工程車輛通過；⑦大量降雨；⑧觀測設(shè)施遭人為破壞。

通過查閱資料、現(xiàn)場測量和調(diào)查分析，依次對上述原因進(jìn)行確認(rèn)，最終得到兩條要因：大型工程車輛通過；大量降雨。

5解決問題

5.1制定對策

針對主要原因，分別制定了不同的對策。在經(jīng)過綜合分析比較后，最終選定的對策為：建立變形控制網(wǎng)，定期校核工作基點位移變化情況，對監(jiān)測成果加以修正。

5.2實施對策

第一，在遠(yuǎn)離滑坡體外，找到一塊地質(zhì)條件較好并且與基點A、基點B和C點相互通視的空地，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)澆筑觀測墩。

第二，待觀測墩硬化穩(wěn)定后進(jìn)行變形控制網(wǎng)測量。

第三，對現(xiàn)場觀測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，用平差軟件評定測量結(jié)果的精度并求得最終測量成果。一級廠房后邊坡變形控制網(wǎng)如圖8所示。

使用TS60全站儀觀測8個測回，對觀測成果進(jìn)行驗算，包括三角形閉合差、極條件閉合差及測角中誤差等，滿足要求后按經(jīng)典平差進(jìn)行計算。首先，以基點A觀測墩頂部底座面高程H=255.097 1 m作為已知高程，垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)采用三角高程網(wǎng)，平差后基點C和E點高程中誤差僅在0.3 mm以內(nèi)，而基點B為2.11 mm。然后，以C點觀測墩頂部底座面高程H=238.643 7 m作為已知高程，垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)采用三角高程網(wǎng)，平差后基點A和E點高程中誤差僅在0.4 mm以內(nèi)，而基點B為2.09 mm。無論以A點還是C點作為已知點進(jìn)行計算，B點中誤差均大于2 mm，說明基點B產(chǎn)生位移[4]。軟件平差結(jié)果如圖9和圖10所示。

第四，在垂直位移觀測計算表中，對以B為基點進(jìn)行觀測的12個位移測點高程基準(zhǔn)值進(jìn)行修正。一級廠房后邊坡垂直位移觀測計算結(jié)果如表1所示。

觀測儀器：LeicaTS60 NO.883535；技術(shù)指標(biāo)：一測回水平方向、垂直方向觀測標(biāo)準(zhǔn)差0.5"，距離（0.6+10-6）mm。

5.3效果檢查

重新繪制修正后的3#、7#、10#點的垂直位移變化量過程線圖，如圖11和圖12所示。

之后，將修正過后的人工監(jiān)測數(shù)據(jù)與GNSS自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

3#、7#和10#點基準(zhǔn)高程經(jīng)過修正后，位移測點變化趨勢與5#、8#和11#點一致。同時，將人工監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過修正過后的位移變化量與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)保持一致，能準(zhǔn)確反映邊坡變形情況。

5.4鞏固措施

將定期進(jìn)行平面控制網(wǎng)復(fù)測和校核工作基點的穩(wěn)定性納入《水工建筑物安全監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)卡：一級廠房后邊坡表面位移監(jiān)測》中，尤其是在測點位移量較大或者出現(xiàn)不符合規(guī)律的變化情況時應(yīng)及時進(jìn)行變形控制網(wǎng)復(fù)測。對于一級廠房后邊坡變形控制網(wǎng)復(fù)測工作，首先對觀測成果進(jìn)行驗算（包括三角形閉合差、極條件閉合差及測角中誤差），滿足要求后進(jìn)行經(jīng)典平差計算，判斷基點是否存在位移變化情況。測量限差如表2至表4所示[5]。一級廠房后邊坡表面位移監(jiān)測現(xiàn)場操作卡如圖13所示。

6結(jié)語

①通過建立變形控制網(wǎng)，解決了由于工作基點產(chǎn)生位移而無法準(zhǔn)確判斷滑坡體變形的問題，提高了觀測數(shù)據(jù)的可靠性，確保了華光潭一級廠房安全運行及下游廣大人民群眾的生命、財產(chǎn)安全，具有較高的社會效益。

②為華光潭一級廠房后邊坡安全監(jiān)測的后期數(shù)據(jù)分析和模型分析提供了精確的數(shù)據(jù)來源，對邊坡安全監(jiān)測運行具有較高的學(xué)術(shù)分析價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]瞿全.華光潭一級廠房后邊坡穩(wěn)定性的分析評價工程[J].地質(zhì)計算機應(yīng)用，2012（3）：26-31.

[2]中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.工程測量規(guī)范：GB 50026—2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]國家能源局.水電工程邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范：DL/T 5796-2019[S].北京：中國電力出版社，2019.

[4]張偉狄，楊磊.某水電站平面變形控制網(wǎng)穩(wěn)定性評價[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017（19）：23-27.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家市場監(jiān)督管理總局.混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51416—2020[S].北京：中國計劃出版社，2020.